土建工程与基础课件 13次课第4章地基与基础第一节 土的物理性质及工程分类.ppt

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1、第4章地基与基础4.1土的物理力学性质和分类土的组成与特性土的三相比例指标地基岩土的分类地质作用：导致地壳成分变化和构造变化的作用地质作用内力地质作用外力地质作用岩浆活动地壳运动变质作用气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等土是怎么来的？4.1.1.土的组成与特性地质作用土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，是工程地质勘察报告中的基本内容。V—土的总体积，cm3；m—土的总质量，g；Vs—土中固体颗粒实体的体积，cm3；ms—土的固体颗粒质量，g；Vv—土中孔隙体

2、积，cm3；mw—土中液体的质量，g；Vw—土中液体的体积，cm3；ma—土中空气的质量，（ma=0）；Va—土中气体的体积，cm3。土的三相示意图土的三相组成土的液相土中水处于不同位置和温度条件下，可具有不同的物理状态—固态，液态、气态。液态水是土中孔隙水的主要存在状态，可分为结合水，毛细水，重力水。水的类型主要作用力结合水物理化学力非结合水毛细水表面张力重力重力水重力结合水强结合水:排列致密、定向性强密度>1g/cm3冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于100°C时可蒸发弱结合水:位于强结合水之外，电场引力作用范围之内外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性非结合水定义:

3、在双电层影响以外的水为自由液态水，它主要受重力作用的控制，土粒表面吸引力居次要地位，这部分水称为非结合水，它包括毛细水和重力水。(1)毛细水特点:1.毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。2.毛细水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂水(与地下水无直接联系)和毛细水上升水与地下水相连两种。3.毛细水是受毛细管作用控制的水，毛管直径愈细上升高度愈高。在常温下毛细上升高度hc与毛管半径r有以下关系：hc=15/r当r=0.1μm时，hc=150mm，这与砂土(粒径为0.5~lmm)中的情况大致相当。粘土的孔隙直径约为0.1μm，按上式计算毛细上升高度将达150m。4.毛细区域

4、内的水压力与一般静水压力的概念相同，它与水头高度非常hc成正比。负号表示拉力。自由水位以下为压力，自由水位以上，毛细区域内为拉力。颗粒骨架承受水的反作用力，因此自由水位以下。上骨架受浮托力，减小颗粒间的压力。自由水位以上，毛细区域内，颗粒间受压力，毛细压力呈倒三角形分布。弯液面处最大，自由水面处为零。（3）固态水特点:1.水结冰后体积膨胀，同时由于水分迁移和补给，在土层中会形成冰层或透镜体。2.固态水在土中起着暂时的胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。3.温度升高后，冰层解冻为液态水，使土的强度急剧降低，压缩性增大，土的性质显著恶化，如处于地下水以上的某些公路路面在开春后的翻浆现

5、象就是一例。土的气相分类:1.吸附于土颗粒表面的气体2.溶解于水中的气体3.四周为颗粒和水所封闭的气体以及自由气体特点:通常认为自由气体与大气连通，对土的性质无大影响。密闭气体的体积与压力有关，压力增加，则体积缩小，压力减小，则体积胀大。因此，密闭气体的存在增加了土的弹性，同时还可阻塞土中的渗流通道，减小上的渗透性。4.1.2.土的三项比例指标直接测定指标换算指标一、土的三相图气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V二、直接测定指标1.土的重度：单位体积土的重量工程中常用重度来表示单位体积土的重力2.土粒相对密度ds（土粒比s重）：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比土粒相

6、对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.70～2.75；砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小Vv气水土粒WsWwWVsVwVVa质量m体积V3.土的含水量ω：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法三、换算指标气水土粒WsWwWVsVwVVVa重量m体积V1.孔隙比e和孔隙率n孔隙比e：土中孔隙体积与土粒体积之比2.土的饱和度Sr：土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示饱和度描述土中

7、孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态:孔隙率n：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示Sr≤50%稍湿；50％＜Sr≤80%很湿；Sr＞80%饱和3.不同状态下土的重度饱和重度γsat：土体中孔隙完全被水充满时的土的重度干密度γd：单位体积中固体颗粒部分的重量浮重度：土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度γ，饱和密度γsat，干密度γd，浮密度γ(kg/m